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==Praktikum: Untersuchung eines Fadenpendels“==
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==Aufgaben zur Energie==
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[[Datei:Praktikum Fadenpendel Aufbau.jpg|thumb|]]
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====Energieträger und Energieformen====
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* Untersuchen Sie experimentell, wovon die Frequenz, bzw. die Schwingungsdauer eines frei schwingenden Fadenpendels abhängt.
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* Als vereinfachtes Modell der Schaukel oder des Uhrenpendels nehmen wir einen an einem Faden hängenden Gegenstand. Wir nehmen an, dass die Ausdehnung des Gegenstandes klein ist gegenüber der Fadenlänge. In der Vereinfachung ist die Masse in einem Punkt, dem Schwerpunkt, konzentriert und der Faden masselos. Die Pendellänge ist dann der Abstand vom Aufhängepunkt zum Schwerpunkt. Eine solche Abstraktion heißt auch "mathematisches Pendel".  
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{|class="wikitable" style="float:right;"
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!
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Energieträger
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! colspan="2" "|
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Name der Energieform
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Holz
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|colspan="2"|chemische Energie
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heißes Wasser
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|colspan="2"|Wärmeenergie
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geriebener Luftballon
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|colspan="2"|elektrische Energie
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Licht
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|colspan="2"|Lichtenergie<ref>Das Licht selbst besteht nicht aus Energie, es enthält die Energie! Was das Licht selbst ist, kann man nicht so einfach beantworten.</ref>
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laufender Mensch
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|Bewegungsenergie
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|rowspan="3"|mechanische Energie
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[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
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|Spannenergie
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hochgelegenes Wasser in einem Stausee
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|Lageenergie
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Mögliche Beeinflussungen durch:
 
  
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* Pendellänge l
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'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
−
* Masse <math>m</math>
+
*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
−
* Amplitude  <math>\hat y</math>
+
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* Reibung
+
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* Antrieb
+
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Man darf immer nur eine Größe variieren und dann jeweils die Periode messen. Misst man z.B. für verschiedene Amplituden die Periode erhält man einen Zusammenhang zwischen Amplitude und Periodendauer, der streng genommen nur für die gewählte Länge, Masse usw. gilt.
+
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<br>Ändert sich die Periode bei Variation einer Größe nicht, so ist sie davon unabhängig.
+
  
−
Den Zusammenhang zwischen der Periodendauer und der Reibung bzw. des Antriebs kann man mit diesem Versuchsaufbau nicht untersuchen.
+
'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.  
 +
*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel in folgender Art:
 +
:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
 +
<br style="clear: both" />
  
−
;Aufbau:
+
{|class="wikitable" style="text-align: right; float:right; "
−
[[Bild:Fadenpendel_Versuchsaufbau.jpg|thumb|right|Das Fadenpendel]]
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
 +
Gegenstand
  
−
Mittels einer Klemme wird eine Stange senkrecht an einem Tisch angebracht. An dieser Stange wird am oberen Ende eine kleine Querstange befestigt und an dieser eine Klemme.
+
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Energiemenge in Joule
  
−
Mit der Klemme wird nun ein Faden befestigt, an dessen Ende ein kleines Gewicht hängt.
+
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
−
*Zur Untersuchung der Abhängigkeit von einer Größe muß diese variiert und alle anderen konstant gehalten werden.
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
1.300 J
  
−
;Beobachtung/Messwerte:
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|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
ein Liter Benzin
  
−
*Abhängigkeit von der Pendellänge l:
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
:Die Pendellängen sollen ca. folgende Werte haben: 0,05m 0,1m 0,2m 0,3m 0,4m 0,5m.
+
30.000.000 J
  
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Masse <math>m \rm \text{ in } kg</math>:
+
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
  
−
Amplitude <math>\hat y  \rm \text{ in } ^{\circ} </math>:
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
180.000.000 J
  
−
{| class="wikitable"
 
 
|-
 
|-
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||<math>l  \rm \text{ in } m</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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| style="height:30px; width:80px;" |   
+
aufgepumpter Fahrradreifen
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| style="height:30px; width:80px;" |  
+
 
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| style="height:30px; width:80px;" |   
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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| style="height:30px; width:80px;" |   
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600 J
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| style="height:30px; width:80px;" |   
+
 
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| style="height:30px; width:80px;" |
+
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|-
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|<math>10 \, T \rm \text{ in } s</math>
+
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| style="height:30px; width:80px;" |  
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
+
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| style="height:30px; width:50px;" |
+
 
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|<math>T \rm \text{ in } s</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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| style="height:30px; width:80px;" |   
+
Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |
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|<math> \frac{T}{l} \text{ in } {\rm \frac{s}{m} }</math>
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| style="height:30px; width:80px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
+
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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|-
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|<math> \frac{T}{l^2} \text{ in } {\rm \frac{s}{m^2} }</math>
+
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| style="height:30px; width:80px;" |  
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |
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|<math> \frac{T}{\sqrt{l}} \text{ in } {\rm \frac{s}{\sqrt{m}} }</math>
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| style="height:30px; width:80px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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| style="height:30px; width:50px;" |
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|}
+
  
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*Abhängigkeit von der Masse m:
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
:Durch Anhängen eines zweiten Gewichts kann man die Masse verdoppeln oder man verwendet verschiedene Gegenstände.
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100 J
  
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Pendellänge <math>l \rm \text{ in } m</math>:
+
|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
  
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Amplitude <math>\hat y \rm \text{ in } ^{\circ} </math>:
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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300.000 J
  
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{| class="wikitable"
 
 
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|-
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| <math>m  \rm \text{ in } kg</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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| style="height:30px; width:80px;" |  
+
Fahrradfahrerin mit 30 km/h
−
| style="height:30px; width:80px;" |
+
 
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
3.000 J
 
|-
 
|-
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|<math>10 \, T \rm \text{ in } s</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
−
| style="height:30px; width:80px;" |  
+
eine Tafel Schokolade
−
| style="height:30px; width:50px;" | 
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|-
+
2.000.000 J
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|<math>T \rm \text{ in } s</math>
+
 
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| style="height:30px; width:80px;" |  
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| style="height:30px; width:50px;" |
+
 
|}
 
|}
  
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*Abhängigkeit von der Amplitude <math>\hat y</math>:
 
  
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Masse <math>m \rm \text{ in } kg</math>:   
+
'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
 +
:"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
 +
*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
 +
<br style="clear: both" />
  
−
Pendellänge <math>l  \rm \text{ in } m</math>:
+
==Energiewandler / Energieumlader==
  
−
{| class="wikitable"
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[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|right]]
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'''4) Energie für Maschinen'''
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|<math>\hat y \rm \text{ in } ^{\circ} </math>
+
 
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| style="height:30px; width:80px;" | 5°
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Ein Automotor bekommt mit dem Benzin seine Energie und setzt damit das Auto in Bewegung. Der Motor wird dabei auch sehr heiss. Der Motor lädt die Energie vom Benzin auf die Bewegung des Autos und auf den heissen Motor um.  
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| style="height:30px; width:80px;" |  10° 
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:'''a)''' Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
−
| style="height:30px; width:80px;" |  20°
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:'''b)''' Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.
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| style="height:30px; width:80px;" |  40°
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<br style="clear: both" />  
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| style="height:30px; width:80px;" | 60°
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| style="height:30px; width:80px;" |  80°
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[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px|right]]
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'''5) Energie für den Menschen'''
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|<math>10 \, T \rm \text{ in } s</math>
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Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt?
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| style="height:30px; width:50px;" |   
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*Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
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|<math>T \rm \text{ in } s</math>
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|<math> \frac{T}{\hat y} \text{ in } {\rm \frac{s}{\circ} }</math>
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|<math> \frac{T}{\hat y^2} \text{ in } {\rm \frac{s}{\circ ^2} }</math>
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|<math> \frac{T}{\sqrt{\hat y}} \text{ in } {\rm \frac{s}{\sqrt{\circ}} }</math>
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;Erklärung/Auswertung:
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Brot/Fleisch   Grashalme
 +
Muskelmasse&Fett&Milch
 +
Muskelmasse&Fett&Milch 
 +
Kot&Urin          Kot&Urin
 +
Wärme           Wärme
 +
Grashalme   Weizenkörner
 +
Bewegung          Bewegung
 +
Licht           Licht
  
−
Die gemessenen Zusammenhänge werden jeweils in ein Koordinatensystem gezeichnet. Man trägt zum Beispiel die Periodendauer (y-Achse) über die halbe Stangenlänge (x-Achse) auf.
+
*Zeichne eine Energieumladerkette für einen Menschen, der nur Fleisch isst und einen Menschen, der nur Brot ist. Wo kommt schlußendlich die Energie für den Menschen her?
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<br style="clear: both" />
  
−
Um einen rechnerischen Zusammenhang zwischen den Größen zu finden, sucht man nach konstanten Quotienten oder Produkten der Messgrößen. Diese werden in die Tabelle eingetragen.
+
'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
  
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Als Beispiel hier der Zusammenhang zwischen Periodendauer und Pendellänge. Es kommen mehrere Möglichkeiten in Betracht:
+
In [[Media: Energieumlader-Tabelle_teilausgefüllt_als_Aufgabe.pdf|dieser Tabelle]] sind viele Energieumlader aufgeführt. Auf der linken Seite sieht man, mit welchem Träger sie ihre Energie bekommen und oben kann man ablesen, mit welchem Träger sie die Energie wieder abgeben. Ein Baum bekommt seine Energie mit dem Licht und speichert sie in seinem Holz. Ein Ofen wiederum kann seine Energie mit Holz bekommen und sie mit der warmen Luft wieder abgeben.
−
#<math>T = c \cdot l \quad \Leftrightarrow \quad c = \frac{T}{l}</math>
+
−
#<math>T = c \cdot l^2 \quad \Leftrightarrow \quad c = \frac{T}{l^2}</math>
+
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#<math>T = c \cdot \sqrt{l} \quad \Leftrightarrow \quad c = \frac{T}{\sqrt{l}}</math>
+
  
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Man berechnet daher alle Quotienten und untersucht, ob ein Quotient für alle Messungen ungefähr gleich bleibt. Wenn dies der Fall ist, so nimmt man den Mittelwert der Quotienten, um damit eine Formel aufzustellen.
+
*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.

Aktuelle Version vom 17. November 2025, 23:13 Uhr

Aufgaben zur Energie

Energieträger und Energieformen

Energieträger

Name der Energieform

Holz

chemische Energie

heißes Wasser

Wärmeenergie

geriebener Luftballon

elektrische Energie

Licht

Lichtenergie[1]

laufender Mensch

Bewegungsenergie mechanische Energie

zusammengedrückter Luftballon

Spannenergie

hochgelegenes Wasser in einem Stausee

Lageenergie


1) Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.

  • Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.

2) Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.

  • Nenne für jede Energieform ein anderes Beispiel in folgender Art:
"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."


Gegenstand

Energiemenge in Joule

Sonnenlicht auf einen m2 für eine Sekunde

1.300 J

ein Liter Benzin

30.000.000 J

Akku eines E-Autos[2]

180.000.000 J

aufgepumpter Fahrradreifen

600 J

Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch

100 J

Ein Liter kochendes Wasser[3]

300.000 J

Fahrradfahrerin mit 30 km/h

3.000 J

eine Tafel Schokolade

2.000.000 J


3) Aus der Tabelle kann man ablesen:

"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
  • Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.


Energiewandler / Energieumlader

Aufgaben Energieumlader.png

4) Energie für Maschinen

Ein Automotor bekommt mit dem Benzin seine Energie und setzt damit das Auto in Bewegung. Der Motor wird dabei auch sehr heiss. Der Motor lädt die Energie vom Benzin auf die Bewegung des Autos und auf den heissen Motor um.

a) Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
b) Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.


Aufgabe Energie für Mensch und Tier.png

5) Energie für den Menschen

Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt?

  • Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein! 
Brot/Fleisch	  Grashalme
Muskelmasse&Fett&Milch
Muskelmasse&Fett&Milch  	
Kot&Urin          Kot&Urin
Wärme	          Wärme
Grashalme	  Weizenkörner
Bewegung          Bewegung
Licht	          Licht
  • Zeichne eine Energieumladerkette für einen Menschen, der nur Fleisch isst und einen Menschen, der nur Brot ist. Wo kommt schlußendlich die Energie für den Menschen her?


6) Viele verschiedene Energieumlader

In dieser Tabelle sind viele Energieumlader aufgeführt. Auf der linken Seite sieht man, mit welchem Träger sie ihre Energie bekommen und oben kann man ablesen, mit welchem Träger sie die Energie wieder abgeben. Ein Baum bekommt seine Energie mit dem Licht und speichert sie in seinem Holz. Ein Ofen wiederum kann seine Energie mit Holz bekommen und sie mit der warmen Luft wieder abgeben.

  • Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.


Referenzfehler: Es sind <ref>-Tags vorhanden, jedoch wurde kein <references />-Tag gefunden.

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